基本信息
- 项目名称：
- 超高压特种作业机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一种用于500kv六分裂高压架空线路巡检和维修的机器人，具有常规的线路巡检功能，并且可以用自身维修机械手对出现的线路故障进行修复，可实现自主上、下线，线上自主行走、越障等，动作迅速、高效，并可以在自身出现故障时完成自救。同时可以作为高压线日常维护工作的机器人移动平台，拓展出多种带电作业功能。
- 详细介绍：
- 国外在巡线机器人领域的研究起步较早，从20世纪80年代末开始，日本东京电力公司、美国TRC公司等先后开展了巡线机器人的研究工作。但他们研制的巡线机器人工作需要人工参与，或只能完成两线塔之间电力线路的检查，作业范围小、自治程度低。 国内关于输电线路巡线机器人研究起步较晚，2002年开始，针对110kV、220/330kV和500kV输电线路，国家863计划支持了3个巡线机器人方面的项目研究。目前基于高压巡线机器人进行高压输电线路维修还是一个有待探索的领域。就目前的情况看，同类成果普遍存在以下问题： 1.需要人工将机器人送上高压线，作业难度大、危险性高； 2.单线行走，稳定性差，遇风摆动摄像效果不好，行走效率低； 3.越障机构自由度多，控制系统复杂，可靠性低； 4.使用机器人对高压输电线路的故障修复还处于探索阶断，多数是人工上线修复。 超高压特种作业机器人采用单自由度、双线行走机构跨越障碍，八条臂只由两台电机驱动张合，越障动作简单，大大简化了控制系统。配有自动升降机，机器人可以自动上线和下线，而不需人工将其放到高压输电线上。六自由度维修机械手的运用解决了高压输电线路带电检修难度大、危险性高的难题，其可以修复机器人检测系统检测到的故障，如对松动螺丝的紧固、缺失销钉的补充安装等。利用超声波测距可以实现自动越障，高清摄像头实时监控线上状况。带电作业机器人的后期开发平台广，还可以作为带电作业移动平台拓展安装断股检测、除冰除霜等装置。 与现有技术相比，本作品具有工作效率高，工作安全可靠等优点。本作品主要有以下功能： 1、自动上下线功能。自动上下线由超高压特种作业机器人行走机构和升降机配合完成。上线时：先将绝缘绳搭到架空输电线路上，然后升降机搭载超高压特种作业机器人攀绝缘绳爬上架空输电线路，待机器人在架空电线上停稳后升降机与机器人脱离返回地面，升降机返回到地面后地面人员将绝缘绳撤下，机器人开始沿线巡检。下线时：先将绝缘绳搭到事先选定的下线位置，特种作业机器人运行至下线位置，升降机接收控制信号攀绝缘绳上线，到与特种作业机器人结合时升降机停止上升。特种作业机器人内外臂张开，然后随升降机一起返回地面，待机器人返回地面后撤下绝缘绳。该方式具有如下优点： 1)操作方便简单，节省人力物力，人工干预少，效率高； 2)系统结构精简； 3)控制精度高、响应快； 4)过程操作安全。 2、自动越障功能。本作品跨越障碍采用八臂组合交替式双线越障行走机构即单自由度、双线行走机构，八条臂只由两台电机驱动张合，通过内外臂交替开合，交替前进跨越障碍，机构和控制系统大大简化，且两组臂之间实现互锁，保证了机器人在越障的时候总有一组臂合着，提高了越障可靠性。与传统巡线机器人相比，其优势如下： 1)越障动作迅速、可靠； 2)稳定性高； 3）行走机构为单自由度，控制简便、可靠性高； 4）控制精度高。 3、检修功能。检修主要通过机器人上装有的高清摄像头以及其他传感器对输电导线、架空地线、杆塔设施、线路交叉跨越以及通道情况进行巡检作业，并实时向地面工作人员传回线上的信息，通过机器人的智能处理器判断以及地面人员对所传回信号的分析、对比判断线路是否有故障或存在隐患。及时通过伺服控制机器人所带机械手进行实时的维修，（如松动螺丝加紧、缺失销钉的补装等），将损失降至最低。 4、自救功能。当主体机器人在线上自身出现故障无法工作时，可通过机器人升降机实现自救。机器人行走模块作品有较多较高的创新之处，其中主要的创新点如下： 1). 八臂组合交替式双线越障行走机构； 目前，高压输电线路巡线机器人都是采用架空地线单线巡线的方法，稳定性不好。而且机器人自由度多控制难度大，跨越障碍速度慢且工作可靠度低。而八臂组合交替式双线越障行走机构时刻都有四个轮子分别压在两条同相导线上，所以稳定性好，而且是单自由度控制简单方便。不论是行走速度还是跨越障碍的速度均远快于现有巡线机器人。我们的超高压特种作业机器人一次越障时间仅为14S。 2）.现有高压输电线路巡线机器人都是依靠人工将机器人送上高压输电线路，仍存在高空作业和带电作业的问题，工作难度大、危险性高。我们的升降机只需依靠一条绝缘绳就可以将超高压特种作业机器人送达高压输电线路而不需电力工人上线。这样大大的降低了工作难度及危险性。 3). 将多自由度机械手与高压巡线机器人结合，可同时完成高压输电线路的故障检测与维修；与现有巡线机器人相比，超高压特种作业机器人不但具有其通用的功能即巡线检测功能，而且超高压特种作业机器人上装有自主开发的六自由度维修机械手，这样机器人不但有巡线检测的功能而且还同时具备了故障维修功能。 4). 多功能控制台实现机器人携带机械手的伺服控并进行实时维修；多功能控制台可以向升降机、主体机器人发送控制指令。不但可以做到控制升降机的自动上下线，而且可以对超高压特种作业机器人的工作模式做出选择。多功能控制台上安装的机械手伺服控制手柄可以实现对超高压特种作业机器人上的维修机械手的远程伺服控制，通过地面远程控制对故障进行维修。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计目的：旨在代替人类从事危险的超高压架空输电线路检测、维修工作，降低检修难度和成本，保证高压输电系统正常运转。 2.基本思路：超高压特种作业机器人主要包括三个部分，机器人升降机、机器人行走机构（即主体机器人）以及维修机械手。 机器人升降机可搭载主体机器人实现自动上下线，并可在机器人行走机构线上出现故障时完成机器人自救。主体机器人采用八臂组合交替式双线越障行走机构，即单自由度、双线行走机构，本行走机构八条臂分为内外两组，分别由一台电机控制其张合，通过内外两组臂的交替张合实现机器人越障。维修机械手安装在机器人行走机构的背部，其主要功能是通过地面远程伺服控制完成线上故障的修复等动作。 3.创新点： 1)八臂组合交替式双线越障行走机构； 2)自动上线、下线升降机； 3)将多自由度机械手与高压巡线机器人结合，可同时完成检测与维修； 4)多功能控制台实现机器人携带机械手的伺服控制并进行实时维修； 4.技术关键： 1）自动上下线； 2）快速自动越障，自动巡线检测； 3)通过地面远程控制伺服机械手进行实时检修。 5.主要技术指标： 1）机器人八臂单自由度越障机构； 2）六自由度维修机械手； 3）机器人整机重量40Kg； 4）行驶速度10m/min,最大爬坡角度30°； 5）越障平均行走速度5.1m/min; 6) 升降机最大载重量达到100kg，负载平均爬升速度约5m/min。
科学性、先进性
- 1.将多自由度机械手与高压巡线机器人结合，可同时完成检测与维修。 2.自行设计的升降机无需人工参与可以实现巡线机器人自主上、下线，避免了人工高空带电作业所带来的一切危险，具有操作简单、安全可靠等优点。 3.利用超声波测距，检测障碍物，实现自动越障自动巡线检测，操作方便。 4.当机器人在线工作出现故障时可以由升降机完成自救。 5.可作为带电作业移动平台，搭载多种作业设备。
获奖情况及鉴定结果
- 本超高压特种作业机器人的屏蔽方法已经于2010年年底在通辽市农电局通过了50KV等电位实验的测试，样机工作正常，达到了预期的屏蔽效果且无线通讯以及电机运转完全正常，结果符合理论设计。特种机器人越障方案也已通过了实验证实，稳定、可靠。机器人升降机负载爬升能力也通过了大量实验验证，负载工作稳定、可靠。升降机最大载重量达到100kg，负载平均爬升速度约5m/min。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 产品联合开发或技术转让
作品可展示的形式
- 样机 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、将绝缘绳搭架在输电线路上。 2、利用升降机将高压特种作业机器人沿着绝缘绳送达高压输电线路上。 3、待机器人停稳后升降机自动返回地面，机器人开始巡线、检修。 4、当检测到线路出现问题或存在安全隐患时，通过伺服控制检修机械手进行故障修复。 5、巡线、检修完毕，升降机将机器人接回地面。技术特点与优势：与现有技术相比，本作品具有控制简单工作效率高、安全可靠、操作方便、实时检修等优点。 作品适应范围：该超高压特种作业机器人适用于低于500KV的高压输电线路的巡线、检修。 市场分析：我国高压线覆盖范围广，高压线的检修工作极为重要。目前人力巡线、直升机带电检修等都存在劳动强度大、费用高的问题，而且存在不少人工不能到达的巡线“盲区”。 经济效益预测：与国内外同类产品比较，该作品具有结构简易、安全可靠、工作效率高等优点，产品的优势突出。而高压线的巡检、维修又必不可少，有很大的市场需求，现有产品又不能够充分地满足需求，这样一来本作品可以弥补不足，进而占有市场，从而带来很好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 国外在巡线机器人领域的研究起步较早，从20世纪80年代末开始，日本东京电力公司、美国TRC公司等先后开展了巡线机器人的研究工作。但他们研制的巡线机器人一般需要人工参与，或只能完成两线塔之间电力线路的检查，作业范围小，自治程度低。 国内关于输电线路巡线机器人研究起步较晚，2002年开始，针对110kV、220/330kV和500kV输电线路，国家863计划支持了3个巡线机器人方面的项目研究。目前基于高压巡线机器人进行高压输电线路维修还是一个有待探索的领域。从国内外已取得的研究成果来看，普遍存在以下不足： 1.需要人工将机器人送上高压线，存在作业难度和危险性； 2.单线行走，稳定性差，遇风摆动摄像效果不好；3.越障行走机构自由度多，控制系统复杂，可靠性低；
